Réduire l'épaisseur du PWHT conformément à la norme ASME B31 3

1. Épaisseur du matériau

Les industries pétrochimiques et les producteurs d'électricité ont tous deux exprimé leur intérêt pour la réduction du nombre de soudures nécessitant un traitement thermique post-soudure (PWHT). En raison de son coût et des problèmes potentiels d'arrêt des centrales nucléaires, plusieurs abonnés de l'EPRI ont suggéré qu'il serait intéressant d'examiner les exigences et les exemptions actuelles et de déterminer si un assouplissement pourrait être techniquement possible.

Les chercheurs ont conclu que les exigences en matière de PTFE ont tendance à s'appuyer davantage sur les pratiques de l'industrie que sur des considérations métallurgiques et structurelles spécifiques lors de l'établissement des exigences, tandis qu'il peut y avoir des incohérences significatives entre les sections spécifiques du code régissant les exclusions de PTFE. À la suite de ces observations, il est possible d'assouplir les exigences existantes pour les applications nucléaires, mais il faut d'abord procéder à un examen minutieux pour s'assurer qu'une résistance à la fissuration et une réduction des contraintes résiduelles adéquates sont obtenues par le traitement PWHT.

2. Traitement thermique

Les soudures de tuyaux qui subissent des traitements PWHT à haute température peuvent être coûteuses à exploiter et les coûts d'arrêt des centrales nucléaires peuvent être considérables. Il serait donc idéal de soumettre le plus grand nombre possible de soudures à ces traitements, car cela pourrait réduire considérablement les coûts d'arrêt.

Plusieurs codes, dont le B&P Vessel Code Section III et certains codes pétrochimiques, imposent un traitement thermique post-soudure lorsque l'épaisseur de la soudure dépasse une limite établie ; en général, cette limite est liée aux exigences de ténacité mesurées par l'énergie Charpy. Le présent document examine si et où les exigences d'exemption diffèrent dans les divers codes actuels ; nous proposons ensuite des options de rationalisation comme solutions possibles.

Les études sur les exigences en matière de traitement thermique à l'eau montrent qu'elles tendent à refléter les pratiques traditionnelles des industries plutôt que des considérations métallurgiques ou structurelles spécifiques. Par exemple, pour les pièces soudées en acier CR-Mn, le seuil d'épaisseur inférieur prévu par la norme ASME B31.3 "Power Piping" et le seuil de 40 mm fixé par la norme EEMUA 158 pourraient être assouplis sans nuire à l'intégrité structurelle des pièces soudées ; cela permettrait de réduire considérablement les coûts du traitement thermique à l'eau et de réaliser des économies considérables sur les services de soudage.

3. Procédure de soudage

Les traitements thermiques avant et après soudage sont des éléments essentiels pour obtenir des soudures solides, sûres et conformes. Le préchauffage consiste à chauffer le matériau de base avant le soudage afin de réduire les gradients thermiques et d'empêcher la fissuration induite par l'hydrogène ; les traitements thermiques post-soudure (PWHT) appliquent un chauffage contrôlé après la soudure afin d'atténuer les contraintes résiduelles et d'améliorer les propriétés du matériau.

Le PWHT permet de réduire les contraintes tout en améliorant la ductilité et la résistance afin de prolonger la durée de vie des composants, conformément aux exigences de la section VIII de l'ASME pour l'acier au carbone d'une épaisseur supérieure à 38 mm ou pour les alliages susceptibles de se fissurer. Elle est obligatoire dans ces cas.

Les méthodes de chauffage par résistance ou par induction permettent d'obtenir des résultats plus rapides et plus précis que les méthodes par résistance. Les tapis chauffants en céramique, les bobines d'induction ou les fours à gaz ou électriques peuvent tous convenir. Il est possible de renoncer au préchauffage si l'on utilise des matériaux de moins de 25 mm, mais il faut d'abord vérifier les exigences du code. Les aciers inoxydables austénitiques ne nécessitent généralement pas de PWHT en raison de leur excellente résistance à la corrosion et de leur ductilité - toutefois, des traitements de vieillissement ou des applications en solution peuvent être nécessaires pour restaurer la ténacité ; d'autres matériaux utilisés dans des applications nucléaires peuvent nécessiter un processus supplémentaire de traitement thermique de détente et de revenu avant leur utilisation finale.

4. Contrôle de l'épaisseur

Les utilisateurs d'acier pour la pétrochimie et la production d'énergie peuvent considérer que les exigences d'exemption de B31.3 et BS 2633 offrent une opportunité de réduire les exigences de traitement thermique après soudage. Cependant, lorsque l'on compare ces exigences à celles des aciers au carbone et au manganèse, telles que celles définies par B31.1, PD 5500, EEMUA 158 pour les structures offshore etc... ce rapprochement peut ne pas être possible.

Le tableau 1 montre que pour atteindre ces exemptions, l'épaisseur requise pourrait n'être que de 14 mm pour des soudures simples avec de bons détails et des taux de déformation quasi-statiques ; elle serait probablement beaucoup plus faible dans des conditions de soudage plus agressives avec des concentrations de contraintes brutes et des concentrations de contraintes brutes. En outre, les exigences en matière de ténacité à la rupture n'abordent pas les exigences en matière de ténacité de la ZHA de la soudure et ce domaine justifie un examen plus approfondi basé sur une approche adoptée par la mécanique de la rupture pour répondre à ces exigences de ténacité.